【《某冲击式粉碎机的整体结构设计案例分析》8300字】

某冲击式粉碎机的整体结构设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u32623某冲击式粉碎机的整体结构设计案例分析 1238461.1整体结构设计 175801.1.1整体方案的确定 161711.1.2立式高速冲击式粉碎机工作原理 2232741.1.3粉碎机的设计参数 325011.2电机的选型 3114721.3传动部分设计 3134501.1.1传动类型的选择 330021.1.2皮带传动的设计 4144021.1.3粉碎机主轴的设计 9258101.1.4分级装置转轴设计 11121181.4粉碎结构设计 14274281.4.1粉碎盘的设计 144761.4.2齿圈的设计 16191271.5分级结构的设计 18181231.6给料装置的设计 1955211.7粉碎机壳的设计 22193091.7.1下机壳的设计 22168341.7.2中机壳的设计 23234791.7.3上机壳的设计 2422841.7.4出料管的设计 25312951.7.5底座的设计 251.1整体结构设计1.1.1整体方案的确定首先确定粉碎机的布置方式，通常有卧式和立式两种。卧式粉碎机特点：1)锤片的敲击几率小：物料顺着粉碎转子运动方向进入时，锤片敲击物料的概率小，锤片运转的能量不能充分用于击打物料造成不必要的能量损耗。2)环流层的形成：环流层的形成造成过渡摩擦，能量损耗增加。使远小于筛孔的粉体也无法排出，过度粉碎。3)过筛能力差：重力使得部分粉碎不完全的物料堆积于筛板上，让满足要求的粉体也无法通过筛孔。立式粉碎机特点：1)设备体积重量小、操作简便、安装和维修方便；2)运转平稳，噪声小；3)机构紧凑4)工作中，物料可以形成保护底层，粉碎室的磨损减少，粉碎机的寿命更长；5)配件易于更换。卧式粉碎机和立式粉碎机同为冲击式粉碎机，相比较之下立式粉碎机体积小，结构紧凑，打击率高，设备操作简单。立式粉碎机最大的优点是其独特的分级系统，粉碎与分级过程紧密而连续得进行，系统可以将达标的粉体及时排出，避免了过粉碎现象的产生，同时有效得降低了细分凝聚的可能性，更节能。因此，此次设计我选择的是立式冲击式粉碎机。立式冲击式粉碎机在医药及食品行业应用非常多，但不宜用于粉碎硬度较大的物料，因为机械高速粉碎工作状况下可能加剧磨损，粉碎热敏性物质时必须采取降温措施，防止温度过高。立式高速冲击式粉碎机的组成部分：1)传动部分：由电动机提供动力，然后选择带传动传递动力，这样转子运行更平稳。经过皮带和皮带轮把从齿轮驱动的电动机输入的驱动力转移到传动轴,进而带动转子及分级叶轮转动。2)粉碎部分：由粉碎盘、齿圈、锤体组成，物料进入粉碎室内后，由锤体高速冲击实现一次粉碎，一次粉碎后的物料撞击到齿圈上实现二次粉碎。3)分级部分：由分级轮组成，高速旋转下的分级轮会形成一个空气动力筛，实现物料的分级。4)给料部分：由螺杆和圆筒组成，螺旋给料机构可以实现均匀定量给料，确保粉碎过程稳定进行。1.1.2立式高速冲击式粉碎机工作原理立式粉碎机主要工作的过程是:喂料机将物体和料斗内的等待粉碎物料运输到粉碎室,在粉碎室内被高速旋转的粉碎盘击打,空气通过水流从粉碎盘的下一层层流出携带着粉碎的细小粒子,穿过料斗内壁和引导圈之间的空间而向上,流向分级室。转动的叶轮可以形成一个空气动力筛用于分级和粉碎的作用,粒度尺寸大小满足要求的细微颗粒会跟着气流通过叶轮,进入吸风管内,被气流吸至粉碎成品的收集器,较大的颗粒被机内循环气流携带至下部返回到粉碎实验室重复粉碎。在这个分离过程中,物料循环粉碎和向上升的气流互不产生干扰。图3-1立式冲击式粉碎机工作原理1.1.3粉碎机的设计参数布置方式为立式；粉碎方式为冲击式；分级方式为离心转子式超细分级机进料粒径：≤60μm单位产量：不少于500kg/h1.2电机的选型电机选用三相鼠笼式异步电动机其优点：效率高、结构简单、、价格便宜、体积小、重量轻、运行可靠。粉碎机：Y180L-4电动机，额定功率22kW转速1470r/min分级机：Y112M-2电动机，额定功率4kW转速2890r/min1.3传动部分设计1.1.1传动类型的选择最常见的传动形式有齿轮传动，带传动和链传动三种形式。其传动特点分别如下：(1)采用齿轮式传动,其主要的优点在于它传动准确、平稳、效能高、传动功率区域大、速度控制范围宽、使用寿命长,但它的缺点在于对机械制造和安装的精度有很大的要求,而且成本较高,非常不合适于较远距离传输。(2)带传动的主要优点是它不仅可以缓冲吸振，并且不会产生任何噪声，传动平稳，可以实现长距离的传动；除此之外，还有过载保护的作用，当带轮的速度达到一定值时，带传动就会发生打滑现象，避免机器损坏及保护人员。其最大的缺点是，没有恒定的传动比，相比于齿轮传动效率更低。(3)链传动，其主要优点是可以保持准确的平均瞬时传动比；传动运行效率相对较高；系统结构简单，易于实现标准化，制造和安装使用过程成本低。传递功率相对较大，多用于重载机械。缺点是不适用于高速轴间的传动，容易产生震动噪声。综上，此次设计的粉碎机电动机与粉碎轴间距较大，且转速较高，所以采用齿轮传动与链传动不合适。对于传动精度没有特殊要求，且带传动平稳无噪声，故选用带传动。1.1.2皮带传动的设计设计条件：电动机的功率22kw，粉碎装置主轴转速n(1)计算功率P按每天工作八小时计算，则参考《机械设计基础》表17.7查得工作情况系数KAP(2)选V带型号根据PC=28.6kw、(3)确定大、小带轮基准直径dd1、dd2根据《机械设计基础》图17.11初取dd取大带轮直径d故，大、小带轮基准直径分别为：小带轮dd1=132mm(4)验算带速vv=V在35～40m/s范围内，故带速合适。(5)计算V带基准长度Ld和传动中心距a初步选取中心距0.7389.9初步选取a带的基准长度公式LL由式3-4初算带的基准长度L由表17.2，对V型带选用Lda≈综上：基准带长Ld=2160mm(6)验算小带轮包角α计算小带轮上的包角α验算合格(7)确定带的根数Zz≥n1=4800r/min，d1=125，查表17.4得P得传动比i=查表17.5[13]得△P由α1=151.79°查表17.6[13]得Kα（包角修正系数）=0.93，表17.2[13]得KL（长度修正系数）=1.05，由此可得z=取Z=4根。(8)求初压力和压轴力查表17.1得q=0.1kg/m，故由式17.31[13]得单根V带的初拉力F作用在轴上的压力F综上，传动设计如下表3-1：表3-1带传动设计参数带型小带轮基准直径d大带轮基准直径d带的根数z带速v中心距a初拉力F压轴力FSPZ132mm425mm433m/s624.87mm292N2275.16N(9)带轮结构的设计轴孔直径d=60mm分度圆直径d因为小带轮的直径较小，故结构选择SPZ型带轮中TYPE8型，型号为SPZ132-05查询SPZ带轮型号表确定其尺寸如下表3-2：表3-2小带轮结构尺寸内孔直径d键槽宽度分度圆直径P最大直径OBL60mm18mm132mm136mm50mm64mm1)小带轮的结构设计及主要尺寸计算图4-1小带轮结构示意图图4-2小带轮结构图2）大带轮的结构设计及主要尺寸计算轴孔直径d=30mm分度圆直径d结构选择为轮辐式。尺寸计算如下：表3-3大带轮结构尺寸内孔直径d分度圆直径dda轮毂直径d1腹板内径D1BLS48mm425mm429mm90mm390.1mm50mm72mm15mm图4-3大带轮结构示意图图4-4大带轮结构图1.1.3粉碎机主轴的设计设计条件：输入功率P=22KW,主轴转速n=4800r/min,皮带作用在轴上的力F（1）选择轴的材料因为粉碎机主轴承受载荷相对较小，故选用45钢，调制处理。（2）轴的转速已知：电动机转速n粉碎机主轴转速n所以，传动比i=（3）轴的输入功率电动机功率：P电动机与主轴的传动效率，即带传动效率η主轴的输入功率：P（4）轴转矩电动机转矩T1T粉碎机主轴T2T（5）初步确定轴的最小直径根据表24-2[13]，取C=118，d据实际情况取d（6）轴的结构及装配确定图4-5主轴装配示意图（7）各段轴直径及长度的确定L1、d1的确定：根据最小直径，确定d1=60mm，L1的长度根据粉碎盘的厚度确定L1=30mm，粉碎盘与主轴用键连接。L2、d2的确定：为了符合轴承的轴向定位要求，2段轴直径由轴承的内径确定，故确定2段的直径d2=65mm，选L2=77mm。 L3、d3的确定： 3段轴设计轴肩高度11mm，故可取L3=124mm，d3=77mm。L4、d4的确定：与2轴段直径相同，取L4=135mm，d4=65mm。L5、d5的确定：5轴段长度按照小带轮的轮毂宽来设计，取L5=95mm，d5=60mm。综上，轴全长L=472mm，各轴段长及直径见下表4-1：表4-1各轴段长及直径轴段12345直径(mm)6065776560长度(mm)308812413595图4-6粉碎主轴结构图1.1.4分级装置转轴设计设计条件：输入功率P=4.0kw，回转轴转速n=2700r/min（1）选择轴的材料考虑到分级装置转轴所受载荷不大，故选用45钢，经调制处理。（2）轴的转速已知：电动机转速n分级装置转轴转速n电动机与分级装置用联轴器连接。（3）轴的输入功率电动机功率：P=4.0kw电动机与主轴之间的传动效率，即联轴器的传递效率η转轴的输入功率：P（4）轴转矩电动机转矩T1T粉碎机主轴T2T（5）初步确定轴的最小直径根据表24-2[13]，取C=118，d据实际情况取d（6）轴的结构及装配确定图4-7分级装置转轴示意图（7）各段轴直径及长度的确定L1、d1的确定：根据最小直径，确定d1=30mm，L1的长度根据联轴器的结构确定，故L1的长度可以略小，是缩短整机的长度L1=30mm，联轴器与转轴用键连接。L2、d2的确定：直径d2由轴承内圈的直径确定，轴主要受轴向力，故选取圆锥滚子轴承，故确定2段的直径d2=35mm，选L2=64mm。 L3、d3的确定： 3段轴设计轴肩对轴承轴向定位，可取L3=299mm，d3=41mm。L4、d4的确定：与2段轴直径相同，取L4=147mm，d4=35mm。L5、d5的确定：5轴段用于固定分级叶轮，长度按照叶轮的厚度确定，取L5=20mm，d5=30mm。综上，轴全长L=474mm，各轴段长及直径见下表4-2：表4-2各轴段长及直径轴段12345直径(mm)3035433530长度(mm)306424012020图4-8分级转轴结构图1.4粉碎结构设计粉碎装置主要由粉碎盘、齿圈、锤体三种结构组成，第一次粉碎靠锤体碰撞物料来作用，第二次粉碎靠齿圈与物料的碰撞摩擦实现。1.4.1粉碎盘的设计粉碎盘的类型有：销棒式，固定块板式。销棒式特点：能量消耗小，粉碎粒度小但撞击概率相对较小，适用于热敏性物料和韧性材料。固定块板式特点：锤体由低磨耗材料构成，粉碎效率高，粒度大的颗粒冲击一次就可以得到细小的颗粒，利于粉碎韧性材料。综合以上特点，这次设计要求的粉碎产量大且粒度要求小，因此粉碎盘选用固定块板式。(1)粉碎盘直径及锤体的定位尺寸粉碎盘的设计，应该确保锤体冲击物料时的速度不低于120m/s，首先，粉碎主轴的转速n=4800r/min。由此可以确定锤体距离主轴中心的距离：L=取R=200mm.取粉碎盘的半径R=220mm。粉碎盘在轴端采用双螺母进行固定。图4-9粉碎盘结构图(2)确定锤体的数量初步确定粉碎盘上有12个锤体。求其迎击频率：f=由频率可求锤体经过一次的时间：t=由于旋转式锤片的转速非常高,为了方便起见,假设锤片和物料单次撞击所用的时间和锤体所经过的机械动作相同,根据冲量定理：假设颗粒的质量为1g，可求出对颗粒的冲击力：P=通过数据可以看出，粉碎盘上的锤体对物料的粉碎力度是相当大的，锤体的数量一定程度上决定，粉碎时物料所受的冲击力，因此锤体的可以布置于粉碎盘的上下两层，不仅可以提高粉碎效率，同时还能扩大粉碎室的空间，从而使得物料的粉碎更充分。故所需锤体的数量为24，锤体的长为36mm，宽为36mm，高为25mm。锤体的材料选用45钢，锤体在粉碎盘上的固定方式采用普通螺栓连接固定。采用六角头螺栓C级M8×70图4-10锤体结构图图4-11粉碎盘与锤体装配示意图1.4.2齿圈的设计在物料粉碎过程中,包括一次物料粉碎和二次物料粉碎,高速旋转的锤体对物料的冲击以及与物料颗粒之间的对撞而使物料粉碎即为一次物料粉碎,也被称为自由物料粉碎。经过一次粉碎的物料,由于冲击作用而具有较大的运动动能,撞击到齿圈上,物料接收到与齿圈相互作用力而粉碎即为二次物料粉碎,也被称为反弹粉碎。如图所示图4-12粉碎室结构高速冲击粉碎机节能也正是其冲击作用粉碎的结果。物料的粉碎程度在冲击作用和静压作用下是不尽相同的。物料在静压作用下粉碎，因其是缓慢加载，故物料收到的载荷不会特别大，因此粉碎效果一般。而物料在冲击作用下，颗粒受到来自锤片较大的冲击力，产生非常大的动载荷。相比于其他粉碎方式，冲击粉碎更简便。粉碎室中，齿圈凸起的部分与锤体顶端构成距离非常窄的间隙，气流与物料混合通过这处出现空间收缩，气体流动阻力变大，所以造成这样气流与物料同时汇聚到这个狭窄的空间，避免不了物料颗粒之间相互碰撞。此外，在间隙之间，剪切作用与物料颗粒，当剪应力足够大时，物料即被粉碎。综上，结构合理的齿圈对物料的粉碎作用非常大。如下图4-5所示有三种齿圈结构图4-13齿圈结构若采用圆弧形齿圈或齿形齿圈，虽会形成高速涡流加速颗粒的碰撞，但在进料粒径小时，其产生涡流产生的碰撞不足以使物料进一步粉碎，不断地涡流而耗费了能量。采用圆形齿圈，在粉碎较细的物料时，不会形成局部涡流，导致物料颗粒停留，降低粉碎效果，同时圆形齿圈容易制造。综上，选用圆形齿圈。确定齿圈凸起部分与锤体顶端距离为2～4mm，此处取为3mm，考虑粉碎装置整体的结构，缩小外形，取高度为120mm，其结构示意图如下图所示。图4-14齿圈结构图1.5分级结构的设计本次设计的粉碎机分级装置采用离心转子式超细分级机。这种分级机的工作原理：分级机的主要工作零件是一个高速旋转的分级叶轮，高速旋转下的叶轮会形成强大的离心场，粉碎颗粒可以作高速旋转的运动，伴随着空气流的作用，气体和粉碎颗粒的混合气流由外向内移动，较大的颗粒在强大离心力的作用下，撞到装置内壁上且速度大幅度减小，在重力作用下回到粉碎室进行再次粉碎，直到粉碎粒度达到要求为止；达到粒度要求颗粒则随着气体带动作用下而由出料口排出收集。叶轮的设计参数包括叶片的高度H、叶轮半径r、叶片数量Z、叶片厚度b，这些参数的大小决定分级颗粒的细度，其对细度的影响如下图图4-15结构参数对分级粒径的影响由图(a)我们能清除地发现，叶片高度越高，分级后物料的细度越小。实际情况下，叶片的高度往往不会太高，因为叶片过高会导致粉碎机高度增高。由图(b)我们可以清除地发现，分级叶轮的半径越大，分级后物料的细度越小。但当一个分级叶轮半径大于0.3m后，分级叶轮的半径继续增大时，分级粒径的下降过程不再明显。由图(c)我们可以清楚地发现，在其它参数保持不变的前提下，叶片数越多，分级后物料的细度越小。若叶片数过多，增大了制造的难度，因此要选择合适的叶片数。由图(d)中可以发现，在其它参数保持不变的前提下，叶片越薄，分级后物料的粒径越小。故在允许的范围内,分级机构中叶片的直径和厚度都应该尽量小。此种解决方案的设计必须能够使得叶片的分级粒径大小能够保证达到10μm,综上,所取得的叶轮分级粒径各项参数主要有:叶片高度选择170mm,叶片厚度选择1mm,叶片倾角15°,叶片数为40片,分级轮的半径选择240mm。分级叶轮结构如图图4-16分级叶轮结构图1.6给料装置的设计给料装置的作用是精确地控制给料，提高粉碎效果。连续稳定得给料确保粉碎物料粒径的均匀性，同时减小了粉碎机工作过程中出现空载、过载情况的可能性，粉碎机的使用寿命更长。此次给料装置的设计采用螺旋给料机，其工作原理是利用螺旋定量得将物料送入粉碎室，给料速度是通过调节螺旋的转速实现的。在工作时，进料口必须充满物料，设计时螺旋结构也对给料速度有影响。机筒作为螺旋给料机的主要支撑部件，其内径一般相比螺旋略大。螺旋与机筒之间的配合精确度要高，才能避免螺旋输送物料时产生磨损而导致能量损耗，对于流动性较好的物料，为防止给料装置内的物料流动，机筒的长度可以适当增大，也可以减小螺旋的螺距。 图4-17给料装置示意图螺旋直径已知粉碎机的产量Q为600kg/h。按下述公式计算螺旋直径D(m)D=5.79式中：Q－输送机的生产率(t/h)；φ－料槽的填充系数；查表得φ＝0.4；β0－影响系数，由经验公式，βk2－比例系数；取ρ－物料堆积密度，ρ＝150kg/m3n－旋转转速，n=50r/ming－重力加速度，g＝9.8D=5.79×取D=1mm。(2)螺旋转速螺旋转速必须有一定限制，否则会对沿机筒方向的运动产生阻碍。采用下列经验公式来计算螺旋轴的最高转速(r/min)n取A=50nn=50r/min<n(3)生产率及填充系数的验算给料机生产率为：Q=4.7×填充系数为：φ=验算合格。(4)驱动功率传输物料时所受到的阻力所消耗的能量由驱动功率提供。它包括几个部分：1)物料颗粒之间以及物料颗粒与机筒内壁之间的摩擦作用造成的能量耗费；2物料与机筒和螺旋副间的摩擦造成的能量消耗；3)一些物料颗粒在输送过程中在螺旋的边缘与机筒内壁之间产生挤压作用，时间长会形成硬壳产生阻力。由经验公式可以求出螺旋给料机的总功率。螺旋给料机机的总功率：P=式中：P－总功率，W；PmPfPFs：形式系数，标准螺旋叶片Fs=1；Fm：物料系数，Fm=1；L：给料机的长度，L＝20mm；物料的堆积密度,ρ=150kg/m3；Qv：螺旋输送机的体积输送能力，Qv=0.011PN：螺旋转速rad/s；D：螺旋直径，m；P=驱动电机的功率：P综上，选用Y801-4小型三相异步电动机，功率为0.55kw,转速为1390r/min。1.7粉碎机壳的设计本次设计中该粉碎机壳的设计分为底座、上机壳、中机壳、和下机壳以及出料口的设计。1.7.1下机壳的设计下机壳除了有保护传动部件以及人身安全的作用以外，其主要作用还是支撑整个粉碎机的重量，另一个作用是当做进风腔。粉碎机能达到粉碎作用的前提是必须保证充足的进风量，只有足够的风力分级装置才能达到高效的分级作用，同时达不到要求的物料颗粒才能循环起来，使得粉碎更高效。所以下壳位于粉碎盘的下方，通过进风口产生向上的气流带动粉碎后的物料向上流动，进而进入分级区。下机壳的直径主要根据粉碎盘的尺寸确定，确定下机壳的内直径为466mm。因为下机壳主要作用是承重，所以机壳应加设筋板，筋板的厚度为5mm。因为该粉碎机为轻型设备，所以机壳的壁厚可以适当得设计薄一些，故取壁厚为5mm。进风口的设计，进风口一种为下面三个口同时进风，还有一种为涡旋进风口，三个口进风的方式相对进风均匀，但是进风的风速相对较低，有时会导致一些物料颗粒不会被风力带动，而造成气流通道的堵塞。采用涡旋进风的方式，一方面其进风的速度会相对大一些，即使是一些较大的物料颗粒气流也可以带动。另一方面是涡旋进风同时会产生向上的气流，形成螺旋向上的气流，从而带着物料向上流动。故进风口的设计采用涡旋进风口。物料进口设计在进风口，由于本次设计的粉碎机进料颗粒较小，所以粉碎机内部行成的负压能够将来自给料装置的物料颗粒吸到粉碎盘的下方，因为采用的是双层粉碎锤体，所以